CN109888270A

CN109888270A - 用于锂离子电池的正极材料、正极极片和锂离子电池

Info

Publication number: CN109888270A
Application number: CN201910134062.4A
Authority: CN
Inventors: 吕豪杰; 杨重科; 张金涛
Original assignee: Shenzhen Hongpeng New Energy Technology Co Ltd
Current assignee: Kunshan Ju Innovative Energy Technology Co Ltd
Priority date: 2019-02-22
Filing date: 2019-02-22
Publication date: 2019-06-14

Abstract

本发明公开了用于锂离子电池的正极材料、正极极片和锂离子电池。其中，正极材料具有如式(I)所示的组成，LiNi_xCo_yAl_1‑x‑yO₂···(I)式(I)中，x和y同时满足：0.8≤x≤0.92，0.05≤y≤0.2，1‑x‑y>0。该正极材料通过采用优化组成的镍钴铝酸锂材料，具有优异的高压循环稳定性和更高的能量密度。

Description

用于锂离子电池的正极材料、正极极片和锂离子电池

技术领域

本发明涉及电池领域，具体而言，本发明涉及用于锂离子电池的正极材料、正极极片和锂离子电池。

背景技术

正极材料是制约动力电池能量密度的关键要素之一。目前常见的锂离子动力电池正极材料主要有尖晶石结构的锰酸锂(LiMn₂O₄)，橄榄石结构的磷酸铁锂(LiFePO₄)和层状结构的钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)。锰酸锂是尖晶石型嵌理化合物的典型代表，可逆容量在120mAh/g左右，具有安全性好、无环境污染、工作电压高、成本低廉等特点，其三维隧道结构更有利于锂离子的嵌入和脱出，适合用作锂离子动力电池的正极材料，但其低容量限制了广泛推广。橄榄石结构的磷酸铁锂，具有安全性高、成本较低的优点，但存在放电电压低(3.3V)、振实密度低等不足，因此此材料在能量密度要求不高的电动大巴和插电式混合动力市场占有率较高，但是在能量密度要求更高的电动轿车市场处于劣势。层状镍酸锂比容量高，但是制备时易生成非化学计量比的产物，结构稳定性和热稳定性差。上述几种正极材料的缺点都制约了自身在电动汽车电池的进一步应用，因此寻找新的正极材料成了研究的重点。

LiNiO₂与LiCoO₂同为α-NaFeO₂结构，且Ni、Co为同周期相邻元素，因此它们能以任意比例混合形成固溶体并且保持层状结构不变，具有很好的结构互补性。同时，它们在电化学性能上互补性也很好。因此，开发复合正极材料成了锂离子电池正极材料的研究方向之一。其中，层状Li-Ni-Co-Al-O系列材料(简称NCA材料)较好地兼备了以上的优点。专利CN108232304A中采用NCA正极材料，高容量石墨负极材料，以及优化铜铝箔厚度来提升电池能量密度，但是充电电压为常规4.2V，循环性能较差。专利CN108511748A中采用镍钴锰酸三元锂(NCM)正极材料和石墨类负极材料，通过优化工艺来提高电池能量密度，NCM正极材料镍含量≤60％，电池充电电压为常规4.2V，虽然电池循环性能较好，但是能量密度提高有限。由此可见，现有的锂离子电池正极材料仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出用于锂离子电池的正极材料、正极极片和锂离子电池。其中，该正极材料通过采用优化组成的镍钴铝酸锂材料，具有优异的高压循环稳定性和更高的能量密度。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于锂离子电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料具有如式(I)所示的组成，

LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂ (I)

式(I)中，x和y同时满足：0.8≤x≤0.92，0.05≤y≤0.2，1-x-y>0。

根据本发明实施例的正极材料相对于典型的NCA正极材料具有更高的Ni含量和更低的Co、Al含量。通过采用高含量的Ni，为正极材料容量的提升提供了理论基础，镍含量越高，材料能量密度越高；同时随着镍含量的增加，钴含量降低，材料成本降低。Co、Al含量较低，可以在保证材料稳定性和循环性能的同时，与Ni产生协同作用，改善镍酸锂材料本身存在的制备时易生成非化学计量比的产物，结构稳定性和热稳定性差等问题，进一步有利于高比容量层状镍酸锂材料性能的发挥。经检测，本发明正极材料所制成电池的能量密度大于270W·h/kg。

另外，根据本发明上述实施例的正极材料还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，式(I)中，0.82≤x≤0.89，0.05≤y≤0.1。

在本发明的一些实施例中，式(I)中，x＝0.88，y＝0.09。

在本发明的一些实施例中，所述正极材料进一步包括：掺杂剂，所述掺杂剂具有如式(II)所示的组成，

Li_aM_bO_c (II)

式(II)中，M为选自Zr、Mo、Al、Ti、V和B中的至少之一，a＝1～4，b＝0.33～2，c为满足其他元素化合价所需的氧原子数；所述掺杂剂以包覆或掺混的形式与所述正极材料混合

在本发明的一些实施例中，所述掺杂剂的用量为所述正极材料的0.1wt％～6wt％。

在本发明的另一方面，本发明提出了一种用于锂离子电池的正极极片。根据本发明的实施例，包括：正极集流体和形成在所述正极集流体表面的正极材料，所述正极材料包括上述实施例的正极材料。该正极极片通过采用上述实施例的正极材料，具有前文针对该正极材料所描述的全部特征和优点，在此不再赘述。总得来说，该正极极片具有优异的电化学性能。

在本发明的再一方面，本发明提出了一种锂离子电池。根据本发明的实施例，该锂离子电池包括：上述实施例的正极极片、隔膜、负极极片和电解液；其中，所述负极极片包括负极集流体和形成在所述负极集流体表面的负极材料；所述电解液包括锂盐和溶剂。

根据本发明实施例的锂离子电池通过采用上述实施例的正极极片，并配合以适宜的负极极片和电解液，可以获得优异的高压循环稳定性和能量密度。经检测，该锂离子电池常温循环1500次后容量大于80％。

另外，根据本发明上述实施例的锂离子电池还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述锂盐包括双草酸硼酸锂，所述双草酸硼酸锂的浓度为2wt％～20wt％。

在本发明的一些实施例中，所述双草酸硼酸锂的浓度为3wt％～15wt％。

在本发明的一些实施例中，所述溶剂包括选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述电解液进一步包括：第一添加剂，所述第一添加剂包括碳酸亚乙烯酯和亚硫酸丙烯酯的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述第一添加剂的用量为所述电解液总量1v％～6v％。

在本发明的一些实施例中，所述电解液进一步包括：第二添加剂，所述第二添加剂包括二甲基砜、甲基乙基砜和甲氧基乙基甲基砜中的至少之一。

在本发明的一些实施例中，所述第二添加剂的用量为所述电解液总量1v％～3v％。

在本发明的一些实施例中，所述锂离子电池进一步包括：外壳、正极端子和负极端子；其中，所述外壳适于容纳所述正极极片、所述隔膜、所述负极极片和所述电解液；所述正极端子设在所述外壳上，且与所述正极极片相连；所述负极端子设在所述外壳上，且与所述负极极片相连。

在本发明的一些实施例中，所述外壳为铝壳、钢壳或聚合物包装膜。

在本发明的一些实施例中，所述正极端子为铝材质。

在本发明的一些实施例中，所述负极端子为铜镀镍材质。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂ (I)

式(I)中，x和y同时满足：0.8≤x≤0.92，0.05≤y≤0.2，1-x-y>0。

下面进一步对根据本发明实施例的正极材料进行详细描述。

根据本发明的一些实施例，式(I)中，0.82≤x≤0.89，0.05≤y≤0.1；例如，x可以为0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88或0.89，y可以为0.05、0.06、0.07、0.08、0.09或0.1。发明人通过对正极材料中Ni、Co、Al的含量进一步优选，发现当材料镍含量超过0.9时，虽然克容量会增加，但是循环性能下降较快；经对材料结构分析，推测循环性能下降的主要原因在于随着Li的脱出，层状晶体结构中的c值明显增加达到4％以上，充放电过程中的体积膨胀过大，加速了颗粒内部裂纹的产生和生长，从而循环性能下降。根据本发明的一些实施例，该正极材料具有如式(III)所示的组成：LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂(III)，由此，该正极材料的电化学性能更佳。

根据本发明的一些实施例，上述电极材料中还可以进一步包括：掺杂剂，所述掺杂剂具有如式(II)所示的组成，

Li_aM_bO_c (II)

式(II)中，M可以为选自Zr、Mo、Al、Ti、V和B中的至少之一，a＝1～4，b＝0.33～2，c为满足其他元素化合价所需的氧原子数；掺杂剂可以以包覆或掺混的形式与正极材料混合。根据本发明的具体示例，掺杂剂可以为Li₂ZrO₃、Li₂MoO₄、LiAlO₂、Li₂TiO₃、LiVO₃和Li₃BO₃中的至少之一。通过在正极材料中添加掺杂剂，可以进一步提高材料在高压状态下的结构稳定性，并且电池循环过程中有效阻止电解液与材料发生副反应，减缓正极材料金属离子的溶出，进一步提高电池的循环性能。另外，需要说明的是，掺杂剂以包覆的形式与正极材料混合，是指掺杂剂包覆在正极材料微粒的外表面，形成核壳结构。掺杂剂以掺混的形式与正极材料混合，是指通过机械混合将掺杂剂与正极材料混匀。

根据本发明的一些实施例，上述掺杂剂的用量可以为正极材料的0.1wt％～6wt％，例如可以是0.1wt％、0.5wt％、1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％或6wt％。由此，可进一步有利于掺杂剂性能的发挥。如果掺杂剂用量过高，可能导致正极材料的电阻过高，电化学性能下降。另外，本领域技术人员能够理解，正极材料中还包括如导电剂、粘结剂等物质，这里的掺杂剂用量是指掺杂剂相对于正极材料总量的百分含量。

根据本发明的一些实施例，本发明上述实施例的正极材料可以按照如下方法制备：

(1)按式(I)中所示的元素摩尔比将镍源、钴源和铝源与去离子水混合溶解，得到前驱体混合溶液；其中，镍源可以为硫酸镍、二氯化镍、硝酸镍中的一种或多种，钴源可以为硝酸钴、硫酸钴、草酸钴、二氯化钴中的一种或多种，铝源可以为硝酸铝、硫酸铝、四羟基合铝酸钠、偏铝酸钠中的一种或多种。

(2)采用本领域成熟的共沉淀法将步骤(1)中得到的前驱体混合溶液制备得到前驱体浆料。

(3)将步骤(2)中得到的前驱体浆料自然冷却至室温，经水洗、过滤、干燥，得到正极材料前驱体。

(4)采用本领域成熟的焙烧法将步骤(3)中得到的正极材料前驱体与锂源进行混合焙烧，得到本发明的正极材料；其中，锂源可以为常见的无机锂盐，例如硝酸锂。

下面进一步对根据本发明实施例的锂离子电池进行详细描述。

根据本发明的一些实施例，电解液中的锂盐包括双草酸硼酸锂(LiBOB)，LiBOB在电解液中的浓度为2wt％～20wt％，例如3wt％、4.5wt％、5wt％、6wt％、8.5wt％、10wt％、12wt％、15wt％或20wt％，优选地，LiBOB在电解液中的浓度为3wt％～15wt％。发明人在实验研究中惊奇地发现，电解液中的LiBOB与本发明提出的正极材料在电池循环中可起到协同作用，显著提高电池的高压循环性能。由实施例1和实施例15可以看出，采用本发明的正极材料配合LiBOB，相对于常规的电解质(如六氟磷酸锂)，电池循环性能有明显提升。另外，需要说明的是，这里的锂盐浓度是指锂盐相对于电解液总量的浓度。

根据本发明的一些实施例，电解液中的溶剂包括选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少之一。以上碳酸酯类化合物的来源广泛，成本低廉，且可以为电解质提供良好的溶解性。通过采用上述碳酸酯类化合物作为电解液的溶剂，可以进一步有利于正极材料与锂盐效果的发挥，从而进一步提高采用电池的能量密度和循环性能。

根据本发明的一些实施例，上述电解液中还可以进一步包括：第一添加剂，第一添加剂可包括碳酸亚乙烯酯(VC)和亚硫酸丙烯酯(PS)的至少之一。碳酸亚乙烯酯和亚硫酸丙烯酯可以先于碳酸乙烯酯在电池负极形成致密的固体电解质界面(SEI膜)，从而提高电极的循环性能和使用寿命。

根据本发明的一些实施例，上述第一添加剂的用量可以为电解液总量的1v％～6v％，例如1v％、1.5v％、2v％、2.5v％、3v％、3.5v％、4v％、4.5v％、5v％或6v％。通过控制第一添加剂的用量在上述配比，可以进一步增强SEI膜的成膜稳定性，降低正负极对电解液的反应活性，从而进一步提高电池的循环寿命和稳定性。如果碳酸亚乙烯酯的用量过低，则SEI膜的成膜能力差；如果碳酸亚乙烯酯的配比过高，则会增大电解液的阻抗，进而导致采用该电解液的电池阻抗过大。综合考虑生产成本、电池性能等因素，根据本发明的优选实施例，第一添加剂的用量为电解液总量的2.5v％～4.5v％。

根据本发明的一些实施例，上述电解液中还可以进一步包括：第二添加剂，第二添加剂可包括二甲基砜(MSM)、甲基乙基砜(EMS)和甲氧基乙基甲基砜(MEMS)中的至少之一。由此，可以进一步提高电解液高压氧化电位，从而进一步提高电池的高压循环性能。

根据本发明的一些实施例，上述第二添加剂的用量可以为电解液总量的1v％～3v％，例如1v％、1.5v％、2v％、2.5v％或3v％。通过控制第二添加剂的用量在上述配比，可以进一步有利于电解液高压氧化电位的提高。但是第二添加剂在电解液中的溶解性不高，如果第二添加剂的用量过高，则会造成电解液粘度增大，可能导致电池的高温循环性能变差。

根据本发明的一些实施例，上述锂离子电池中的负极材料优选采用石墨类材料。发明人在实验中发现，在使用本发明的正极材料和电解液的电池中，如果负极采用硅类材料，锂离子在嵌入硅的过程中会引起体积膨胀，易造成材料结构的崩塌和活性物质的脱落，导致电池循环稳定性下降。

根据本发明的一些实施例，上述锂离子电池还进一步包括：外壳、正极端子和负极端子；其中，外壳适于容纳所述正极极片、隔膜、负极极片和电解液；正极端子设在外壳上，且与正极极片相连；负极端子设在外壳上，且与负极极片相连。

根据本发明的具体示例，上述外壳可以为铝壳、钢壳或聚合物包装膜；上述正极端子可以为铝材质；上述负极端子可以为铜镀镍材质。

根据本发明的一些实施例，上述锂离子电池的充电电压设定为4.3V，由此可以有效提高正极材料的克容量，从而提升电池的能量密度。

另外，需要说明的是，该锂离子电池具有前文针对正极材料、正极极片所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。

下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。

一般方法

按照下列步骤制备锂离子动力电池：

(1)制备正极极片：将94.5重量份的正极活性材料、3重量份的导电炭黑SP和2.5重量份的聚偏氟乙烯(PVDF)混合，并添加N-甲基吡咯烷酮搅拌形成浆液，将浆液均匀涂覆在正极集流体铝箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成正极极片。

(2)制备负极极片：将95.7重量份的负极活性材料，0.5重量份的导电炭黑SP、1.5重量份的羧甲基纤维素钠(CMC)以及2.3重量份的丁苯橡胶(SBR)混合，并添加去离子水搅拌形成浆液，将浆液均匀涂覆在负极集流体铜箔上，干燥后用碾压机进行碾压，制成负极极片。

(3)准备隔膜：隔膜采用厚度为30μm的双面PE基涂层隔膜。

(4)制备电解液：将碳酸甲乙酯和碳酸乙烯酯按照体积比70:30混合，并向其中加入1.15mol/L的六氟磷酸锂作为电解质。

(5)准备外壳：外壳采用铝壳。

(6)准备外接端子：正极端子采用铝材质，负极端子采用铜镀镍材质。

(7)制备电池：将正极极片、隔膜、负极极片相间形成电芯，连接端子；然后进行一次封口，注入电解液，二次封口；依次进行搁置-预充-抽空-化成-分容，电池充电电压4.3V，制成29A·h锂离子动力电池。

实施例1

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加4.5wt％的LiBOB、1.5v％的VC、1.5v％的PS和2v％的MEMS。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

实施例2

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加15wt％的LiBOB、1.0v％的VC、1.5v％的PS、0.5v％的MSM和0.5v％的MEMS。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

实施例3

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加3wt％的LiBOB、2v％的VC、2.5v％的PS和3v％的EMS。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

实施例4

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加10wt％的LiBOB、1.2v％的VC、1.5v％的PS、1v％的MSM和0.5v％的EMS。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

实施例5

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加12wt％的LiBOB、1.5v％的VC、2v％的PS、1v％的MSM、1v％的EMS和1v％的MESM。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

实施例6

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加8.5wt％的LiBOB、1.5v％的VC、1.5v％的PS和1.5v％的EMS。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

实施例7

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加6wt％的LiBOB、1v％的VC、1.5v％的PS和2v％的MSM。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

实施例8

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加2.5wt％的Li₂MoO₄、6wt％的LiBOB、1v％的VC、1.5v％的PS和2v％的MSM。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

实施例9

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加2.5wt％的Li₃BO₃、6wt％的LiBOB、1v％的VC、1.5v％的PS和2v％的MSM。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

实施例10

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加2.5wt％的LiAlO₂、6wt％的LiBOB、1v％的VC、1.5v％的PS和2v％的MSM。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

实施例11

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加2.5wt％的LiVO₃、6wt％的LiBOB、1v％的VC、1.5v％的PS和2v％的MSM。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

实施例12

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.86Co_0.08Al_0.06O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加15wt％的LiBOB、1.0v％的VC、1.5v％的PS、0.5v％的MSM和0.5v％的MEMS。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

实施例13

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.92Co_0.06Al_0.02O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加15wt％的LiBOB、1.0v％的VC、1.5v％的PS、0.5v％的MSM和0.5v％的MEMS。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

实施例14

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.82Co_0.1Al_0.08O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加15wt％的LiBOB、1.0v％的VC、1.5v％的PS、0.5v％的MSM和0.5v％的MEMS。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

实施例15

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_0.88Co_0.09Al_0.03O₂，负极活性材料采用容量≥355mA·h/g的人造石墨，电解液中添加1.5v％的VC、1.5v％的PS和2v％的MEMS，不添加LiBOB。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

对比例1

按照一般方法制备锂离子动力电池，其中，正极活性材料采用LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂，负极活性材料采用人造石墨。隔膜、负极极片和正极极片容量比(N/P比)等同一般方法。

测试例

(1)能量密度测试：

将上述实施例和对比例制得的电池各取5只测定23℃能量密度。测定方法为：在23℃下将电流以0.5C恒定电流充电至上限电压，然后转恒压充电，截止电流0.05C；搁置10min，以0.5C恒定电流放电至2.7V，测定得到电池的放电容量；搁置10min后，重复上述步骤3次，计算3次放电容量平均值。使用电子天平称量不同类型电池的重量。按照下式计算23℃电池能量密度：

电池能量密度＝放电平均容量×中值电压/电池重量。

测试结果见表1。

(2)循环性能测试：

电池在23℃下以0.5C恒定电流充电至上限电压，然后转恒压充电，截止电流0.05C；搁置10min，以0.5C恒定电流放电至2.7V，测定得到电池的初始放电容量C₀；搁置10min后，重复上述步骤1500次，作连续的充放电测试，得到电池1500次循环后的容量C₁。按照下式计算1500次循环后电池的容量剩余率：

容量剩余率＝C₁/C₀×100％。

测试结果见表1。

表1 电池性能测试结果

测试结果表明，实施例1～15的电池能量密度为270～290W·h/kg，而对比例1的电池能量密度为160W·h/kg，本发明的电池提高了约75％的能量密度。具体而言，实施例1～14的电池通过采用优化Ni、Co、Al配比的正极活性材料，取得了优秀的循环稳性，结合实施例15可知，电解液中的LiBOB与NCA三元材料的协同作用，能够进一步提高电池的循环稳定性。另外，由实施例8～11可以看出，氧化物掺杂剂的添加，可以进一步提高电池的循环性能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种用于锂离子电池的正极材料，其特征在于，所述正极材料具有如式(I)所示的组成，

LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂(I)

式(I)中，x和y同时满足：0.8≤x≤0.92，0.05≤y≤0.2，1-x-y>0。

2.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，式(I)中，0.82≤x≤0.89，0.05≤y≤0.1；

任选地，x＝0.88，y＝0.99。

3.根据权利要求1所述的正极材料，其特征在于，进一步包括：掺杂剂，所述掺杂剂具有如式(II)所示的组成，

Li_aM_bO_c(II)

式(II)中，M为选自Zr、Mo、Al、Ti、V和B中的至少之一，a＝1～4，b＝0.33～2，c为满足其他元素化合价所需的氧原子数；所述掺杂剂以包覆或掺混的形式与所述正极材料混合；

任选地，所述掺杂剂的用量为所述正极材料的0.1wt％～6wt％。

4.一种用于锂离子电池的正极极片，其特征在于，包括：正极集流体和形成在所述正极集流体表面的正极材料，所述正极材料包括权利要求1～3任一项所述的正极材料。

5.一种锂离子电池，其特征在于，包括：权利要求4所述的正极极片、隔膜、负极极片和电解液；其中，

所述负极极片包括负极集流体和形成在所述负极集流体表面的负极材料；

所述电解液包括锂盐和溶剂。

6.根据权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂盐包括双草酸硼酸锂，所述双草酸硼酸锂的浓度为2wt％～20wt％。

7.根据权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，所述溶剂包括选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯中的至少之一。

8.根据权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，所述电解液进一步包括：

第一添加剂，所述第一添加剂包括碳酸亚乙烯酯和亚硫酸丙烯酯的至少之一；

任选地，所述第一添加剂的用量为所述电解液总量1v％～6v％。

9.根据权利要求5所述的锂离子电池，其特征在于，所述电解液进一步包括：

第二添加剂，所述第二添加剂包括二甲基砜、甲基乙基砜和甲氧基乙基甲基砜中的至少之一；

任选地，所述第二添加剂的用量为所述电解液总量1v％～3v％。

10.根据权利要求5～9任一项所述的锂离子电池，其特征在于，进一步包括：外壳、正极端子和负极端子；其中，

所述外壳适于容纳所述正极极片、所述隔膜、所述负极极片和所述电解液；

所述正极端子设在所述外壳上，且与所述正极极片相连；

所述负极端子设在所述外壳上，且与所述负极极片相连；

任选地，所述外壳为铝壳、钢壳或聚合物包装膜；

任选地，所述正极端子为铝材质；

任选地，所述负极端子为铜镀镍材质。